表面工程复习整理.doc

1、1、电镀（1）定义：电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。（2）镀液组成：主盐：是指镀液中能在阴极上沉积出来所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。络合剂：作用在于获得络合离子，起到阴极极化作用。附加盐：用于提高电镀液的导电性。缓冲剂：用来稳定溶液酸碱度的物质。阳极活化剂：提高阳极开始钝化的电流密度，保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。添加剂：用以改善镀层性能性质的物质。（3）电流效率：是指实际析出物质的质量与理论计算析出物质的质量之比。（4）分散能力：是指电镀液所具有的使金属镀层厚度均匀分

2、布的能力。（5）改善分散能力方法：1在电镀液中加入一定量的强电解质，2采用络合物电解液，3加入适量的添加剂，4合理安排电极的位置及距离，5使用异形电极。（6）覆盖能力：是指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力。（7）极化：指的是有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象。（8）电沉积过程：液相传质，电化学反应和电结晶。液相传质的三种方式：电迁移、对流和扩散。（9）金属共沉积的条件：两种金属中至少有一种金属能从其盐类的水溶液中沉积出来；两种金属的析出电位要十分接近。（10）改变电位的方法：1改变镀液中金属离子的浓度；2采用络合剂；3采用适当的添加剂。2、电刷镀(1)定义：是在被

3、镀零件表面局部快速电沉积金属镀层的技术，其本质上是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的电镀。（2）优缺点：与常规电镀比，优点：1设备简单，携带方便；2工艺简单，操作简单；镀层种类多，与基材结合力强，力学性能好；4沉积速度快。缺点：劳动强度大，消耗镀液较多，消耗阳极包缠材料。（3）设备：直流电源、镀笔及供液、集液装置。（4）阳极包裹的作用：1贮存刷镀用的溶液，2防止阳极与被镀件直接接触，3过滤阳极表面所溶下的石墨粒子。（5）镀前预处理：1表面整修，2表面清理，3电净处理，4活化处理。3、化学镀（1）定义：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基

4、体表面，形成镀层的一种表面加工方法。（2）优缺点：与电镀相比，优点：1不管镀件形状如何复杂，其镀层厚度都很均匀，2镀层外观良好，晶粒细，无孔，耐蚀性更好，3无需电解设备及附件，4能在非金属以及半导体上沉积。缺点：溶液稳定性差，使用温度高，寿命短。1、氧化处理（1）钢铁的化学氧化：是指钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜的过程，也称“发蓝”。化学成分为Fe3O4。（2）钢铁高温氧化工艺：1氢氧化钠，2氧化剂，3温度，4铁离子含量，5钢铁含碳量。（3）钢铁常温氧化：表面膜成分CuSe。2、阳极氧化（1）定义：是指在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外加电流作用下，使

5、其表面生成氧化膜的方法。（2）铝氧化膜的特点：1氧化膜结构的多孔性，2氧化膜的耐磨性，3氧化膜的耐蚀性，氧化膜的电绝缘性，5氧化膜的绝热性，6氧化膜的结合力。（3）氧化膜的生成过程：1无孔层形成，2多孔层形成，3多孔层增厚。（4）氧化膜的着色：1无机颜料着色，以物理吸附作用为主。色调不鲜艳，与基体结合力差，但耐晒性较好。2有机染料着色，一般认为有物理吸附和化学反应。色泽鲜艳，颜色范围广，但耐晒性差。3电解着色：电解着色是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子，沉积于孔底无孔层上而着色。（5）封闭处理：1热水封闭法，2

6、水蒸气封闭法，3重铬酸盐封闭法，4水解封闭法，5填充封闭法。3、磷化处理（1）定义：把金属放入含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法。（2）高中常温磷化：1高温磷化的优点是膜层较厚，膜层的耐蚀性、耐热性、结合力和硬度都比较好，磷化速度快；缺点是溶液的工作温度高，能耗大，溶液蒸发量大，成分变化快，常需调整，且结晶粗细不均匀。2中温磷化的优点是膜层的耐蚀性接近高温磷化膜，溶液稳定，磷化速度快，效率高；缺点是溶液较复杂，调整较麻烦。3常温磷化的优点是节能，成本低，溶液稳定；缺点是耐蚀性较差、结合力欠佳，处理时间长，效率低。4、铬酸盐处理（1）定义：把

7、金属或金属镀层放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学的方法使金属表面生成由三价铬和六价铬组成的铬酸盐膜的方法，也称为钝化。（2）自修复作用：六价铬化合物以夹杂形式或由于被吸附或化学键的作用，分散在膜的内部起填充作用。当膜收到轻度损伤时，可溶性的六价铬化合物能使该处再钝化。1、涂料与涂装（1）定义：涂料是指一种流动状态或粉末状态的物质，能够均匀地覆盖和良好的附着在物体表面形成固体薄膜。涂装是指用有机涂料通过一定方法涂覆在材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程。（2）涂料成分和作用：成膜物质、颜料、溶剂和助剂。成膜物质：形成涂膜的主要物质，是决定涂料性能的主要因素。颜料：着色，降

8、低成本，提高涂膜的性能。溶剂：使涂料保持溶解状态，调整涂料的粘度，挥发性和流变性能。助剂：改善涂料的储存性、施工性和涂膜的物理性质。2、热喷涂（1）定义：是一种采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光灯作为热源，是金属、合金、金属陶瓷、塑料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。（2）涂层结构：是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。（3）改善途径：1采用等离子弧等高温热源，2超高速喷涂，3低压或保护气氛喷涂，4重熔处理。（4）特点：1使用范围广，2工艺灵活，喷涂层的厚度可调范围大，3工

9、件受热程度可以控制，5生产效率高。（5）结合机理和火焰、电弧、等离子喷涂的各自优缺点，详见习题。3、电火花涂敷（1）定义：是指直接利用电能的高密度能量对金属表面进行涂敷处理的工艺。（2）设备（最基本）：脉冲电源盒振动器。（3）涂敷层形貌：由无数密集的涂敷点和放点凹坑所构成，宏观呈银灰色的桔皮状。4、热浸镀（1）定义：是指将工件浸在熔融的液态金属中，在工件表面发生一系列物理和化学反应，取出冷却后表面形成所需的金属镀层。（2）熔剂法：工艺流程为：预镀件碱洗水洗酸洗熔剂处理热浸镀镀后处理成品。熔剂处理目的：除去工件上未完全酸洗掉的铁盐和酸洗后又被氧化的氧化皮，清除熔融金属表面的氧化物，降低熔融金属的

10、表面张力，使工件与空气隔离而避免重新氧化。（3）保护气体还原法：森吉米尔法。5、搪瓷涂敷：是将玻璃质瓷釉涂敷在金属基材表面，经过高温烧结，瓷釉与金属之间发生物理化学反应而牢固结合，在整体上有金属的力学强度，表面有玻璃的耐蚀、耐热、耐磨、易洁和装饰等特性的一种涂层材料。6、陶瓷涂层：是以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氮化物、金属陶瓷和其他无机物为原料，用各种方法涂敷在金属等基材表面而使之具有耐热、耐蚀、耐磨以及某些光、电学等特性的一类涂层。1、金属表面形变强化（1）原理：通过机械手段在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层的工艺。（2）方法：主要有滚压、内挤压和喷丸等工艺。喷丸是一种再结晶

11、温度以下的表面强化方法，即利用高速弹丸强烈冲击零部件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应力。（3）喷丸强度：由于喷丸面在弹丸冲击下产生塑性伸长变形，喷丸后的试片产生凸向喷丸面的球面弯曲变形，试片凸起的大小用弧高度f表示，当弧高度f打到饱和值，试片表面达到全覆盖率时，此弧高度即为喷丸强度。2、表面热处理（1）定义：是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变形变层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。（2）感应加热表面淬火：物理过程：当感应线圈通以交流电后，感应线圈内即形成交流磁场。置于感应线圈内的被加热零件引起感应电动势，所以零件内将产生闭合电流即涡流。由于

12、被加热的金属零件的电阻很小，所以涡电流很大，从而可迅速将零件加热。（3）感应电流透入深度：从电流密度最大的表面到电流值为表面的1/e处的距离。（4）硬化层深度：由表及里工件能达到奥氏体化温度的距离。（5）淬火后组织和性能：是细小的隐晶马氏体，碳化物呈弥散分布，这是由于快速加热时在细小的奥氏体内有大量亚结构残留在马氏体中所致。（6）火焰加热表面淬火：是应用氧乙炔或其他可燃气体对零件表面加热，随后淬火冷却的工艺。（7）火焰较感应表淬优缺点：优点：设备简单，操作灵活，适用钢种广泛，零件表面清洁，一般无氧化和脱碳、畸变小等。缺点：加热温度不易控制，噪音大，劳动条件差，混合气体不够安全，不易获得薄的表面

13、淬火层。3、表面化学热处理（1）定义：金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。（2）过程：1产生渗剂的活性原子，2活性原子吸附金属表面，3吸收活性原子，元素的扩散。（3）化学热处理的目的：1提高金属表面的强度、硬度和耐磨性。2提高材料疲劳强度。3使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数。4提高金属表面的耐蚀性。（4）扩散层形成条件：1渗入元素与基体金属须形成固溶体或金属间化合物。2渗素与基体须保持直接紧密接触。3保持一定温度，即保持一定渗镀速度。4生成活性原子的化学反应必须满足热力学条件。（5）渗碳渗氮渗硼的比较：4、等离子体：是一种电离度超

14、过0.1%的气体，是由离子、电子和中性粒子（原子和分子）所组成的集合体。5、（1）激光的特点：1高方向性，2高亮度性，3高单色性。（2）激光的产生：处于热平衡物体的原子和分子中各粒子是按统计规律分布的，且大都处于低能级状态。原子受激发到高能级后，会很快自发跃迁到低能级态。通常处于激发态的原子平均寿命极短，对于平均寿命较长的能级称为亚稳态能级。某些具有亚稳态能级结构的物质受外界能量激发时，可能使处于亚稳态能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，此物质被称为激活介质。这时用能量恰好与此物质亚稳态和低能态的能量差相等的一束光照射此物质，则会产生受激辐射，输出大量频率、相位、传播和振动方向都与外来光完

15、全一致的光，即为激光。6、离子注入表面改性（1）沟道效应：高速运动的离子注入金属表层的过程中，会与金属内部原子发生碰撞，当高能离子沿晶体的主晶轴方向注入时，可能与晶格原子发生随即碰撞，若离子穿过晶格同一排原子附近而偏转很小并进入表层深处，该现象即为沟道效应。（2）具有足够能量的入射离子，或被撞出的离位原子最终在晶格间隙处停留下来，成为一个间隙原子，它与原先位置上留下的空位形成空位间隙原子对。这就是辐照损伤。1、薄膜（1）定义：按照一定的需要，利用特殊的设备技术，在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。（2）制备方法（常用）1真空蒸镀，2离子镀膜，3溅射镀膜。2、真空定义：是指在指定的空间内压

16、力低于101325Pa的气体状态。3、真空蒸镀：是将工件放入真空室，并用一定的方法加热，使镀膜材料蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜。4、溅射镀膜（1）定义：用几十电子伏或更高动能的荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，这种溅出的、复杂的粒子散射过程成为溅射。（2）溅射率：入射一个离子所溅射出的原子个数，也称为溅射产额。（3）当入射离子的能量低于某一个值时，溅射率为零，这个能量值称为阈射能量。5、离子镀：是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时把蒸发物或其反应物沉积在基底上。其他章节（1）表面工程的侠义定义：表面工程是对零件表面预处理后，通过表面涂覆。表面改性、沉积薄膜及其复合处理与成型，来改善固体金属或非金属表面性能的系统工程。使用表面技术的目的：1提高材料抵御环境作用能力。2赋予材料表面某种功能特性。3实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件等。表面技术途径：1施加各种覆盖层，2采用各种表面改性技术，3复合表面处理。表面技术的分类：1原子沉积，2颗粒沉积，3整体覆盖，4表面改性。清洁表面的定义：是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。实际表面结构：1表面粗糙度，2贝比尔层和残余应力，3表面氧化、吸附和玷污。表面粗糙度是指：加工表面上具有的